учебники / Гаврилов В.П. «Путешествия в прошлое Земли»
.pdfmша <<rемная>> пора средневековья - период господства
богословия и схоластики. В VI в. Папа Григорий 1 сжег
Римскую библиотеку и запретил чтение античных КНШ'.
Он объявил, что <(незнание есть мать благочестия».
С наступления XI в. мрак средневековья начал посте
пенно рассеиваться и уже с XV в. в Европе наступает эпоха Возрождения. Труды Леонардо да Винчи, Г. Аrри колы, Н. Коперника, Д. Бруно, Г. ГЗJШЛея подготовили
появление прогрессивных космогонических идей в гео
логии, высказанных в разное время Р. Декартом, И. Нь
ютоном, Н. Стеноном, И. Кантом и П. Лапласом.
В XVIII в. в результате успехов ньютоновской меха
ники установилось представление о Вселенной как о не
изменной системе космических тел, управляемой точ
НЬIМИ законами природы. В этой системе не было места
для божественного участия, за исключением начального
момента <(акта творения>>. Считалось, что сложный меха
низм Вселенной бьm запущен один раз (<(начальный тол чою>), а дальше уж он <(шел>> сам собой без каких-либо изменений. Первые попьпки рассмотреть эволюцию кос
мических тел бьmи сделаны Ж. Луи Леклерк БJрффоном
(1749 г.) и И.Кантом (1755 г.).
Земля, согласно мнению французского ученого Ж.
Бюффона, автора 36 томов <(Всеобщей и частной есте-
ственной истории>>, образовалась из той части, которая отделилась от него после столкновения Солнца с коме
той. Сначала произошла конденсация газообразного об лака, потом начали формироваться континенть1. И. Кант
(<(Всеобщая естественная история и теория неба>>, 1755)
высказал предположение, что Солнечная система обра зовалась из облака газа и пьmи. Он исходил из эволюци онного развития холодной пьmевой туманности, в ходе
которого сначала возникло центральное массивное тело
- будущее Солнце, а потом уже планеты. Представления И. Канта о том, что Солнечная система образова-
~
м
LI.J
~
3
о
о.
t::
LI.J
:s:
1:1)
~
u
ш
3
LI.J
>.
с
8
~ 1
лась в результате скопления первоначально дисперсного
рассеянного вещества, кажутся сейчас удивительно пра
вилъными.
Несколько позже, в 1796 г., французский ученый П.
Лаплас высказал сходные идеи о происхождении ЗеМJШ,
не зная о существовании трактата И. Канта. В отличие от взглядов Каша, Лаплас считал первоначальную ту
манность газовой и очень горячей, находящейся в со
стоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием
силы всемирного тяготения, туманность, вследствие за
кона сохранения момента количества движения, враща
лась все быстрее и быстрее. Из-за больших центробеж ных сил, возникающих при быстром вращении в эква
ториальном поясе, от него последовательно отделялись
кольца. В дальнейшем эти кольца конденсировались,
образуя планеть1. Первоначально огненно-жидкая Зем
ля остывала, покрывалась коркой, которая коробилась
по мере остывания недр и уменьшения их объема. Та
ким образом, согласно гипотезе Лапласа, планеты обра
завались раньше Солнца.
Однако, несмотря на различия между двумя гипоте
зами Каша и Лапласа, общей их важнейшей особеннос
тью является предстамение, что Солнечная система воз
никла в результате закономерного развития туманности.
Поэтому и принято называть эту концепцию <<гиnотезой
Канта-Лапласа>>.
Гипотеза Канта-Лапласа более 150 лет преобладала в
ряду других космогонических воззрений. Рук:оводству
СD ясь этой гипотезой, геологи объясняли все геологичес
[ кие процессы, протекавшие в недрах Земли и на ее по
верхности. Ж. Бюффон, делал попытки рассчитать, сколь-
~ко потребуется времени для остьшания Земли. Вдали 01
~Парижа, встаринномзамке Монбарде, ученый поставил
опыт. Небольшие шары из различных горных пород - 8 крохотные модели нашей планеть1, он нагревал в пеЧii
~2
до каления, а потом наблюдал за их остыванием. По его
расчетам, возраст Земли должен быть не менее 75 тыс.
лет. Сейчас это звучит наивно, но тогда этот вьmод был
кощунством, он подрьmал устои учения церкви о сотво
рении мира. Идеи Ж. Бюффона вызывали резкие напад
ки со стороны духовенства, и ученый отказался от своих утверждений.
Английский физик У. Томсон путем математических
вычислений получил иную цифру- 40 млн. лет. Столько
времени, по его мнению, потребовалось Земле, чтобы
остьпь и превратиться из раскаленной туманносТи в твер
дое тело. Но и эта цифра ничтожно мала по сравнению с
истинным возрастом Земли.
КАМНИ С НЕБА
Оставим пока в стороне многие и многие другие по
пытки ученых объяснить происхо:ждение Земли, осно
ванные на одних умозрительных выводах и наивных
экспериментах. Казалось, тайна начала мироздания и сле
ды разыгравшихся тогда событий безвозвратно канут в бездну времени. Однако человек сумел отыскать эти сле
ды, и современные предстамения о происхождении Сол
нечной системы получили научную основу.
Во-первых, это метеорить1- <<самые древние, по вы-
ражению американского специалиста по метеоритике Дж.Вуда, самые примитинные остатки планетного веще ства, которыми мы располагаем сегодня>>. Во-вторых,
накоплен определенный материал по изучению Луны,
Марса, Венеры с помощью автоматических космических
станций и в результате посещения Луны человеком.
Метеориты падали на Землю всегда. Нодалеко не все-
гда считали их пришельцами из космоса. Один из пер-
вых, кто объяснил поямение метеоритов, бьm немецкий
юрист и физик ЗJ(ладни, в 1794 г. доказавший, что ме
теоритьх - это остатки болидов, имеющих неземное про-
~
~
w
~
о
С\.
с:
~
g
3
~
8
исхш1щение. По его мнению, метеориты являюгся стран ствующими в космосе кусками межпланетной материи,
возможно, осколками JШанет. Однако подобные идеи в
то время разделюm далеко не все. Известный ученый Т.
Джефферсон, узнав в 1808 г. из сообщения америкаJЩев
Силлимана и Кишали о падении метеорита в штате Кон нектикут, заявил: <<ЛеiЧе поверить в то, что профессора
янки myr, чем в то, что камни мo:ryr падать с неба~>.
Теперь мы знаем точно: падать с неба мo:ryr не только
каменные, но и железные метеориrы.
Изучая каме1mые и железные метеориты, ученые по
лучили интересные данные, которые используются те
перь в космогонических построениях. Выяснили хими
ческий состав метеоритов- в основном зто оксиды крем
ния, магния, железа, алюминия, кальция, натрия. Сле
довательно, появилась возможность узнать состав дру
гих ·rтанет - он сродни химическому составу Земли. Определили абсототный возраст метеоритов: существенно
он не отклоняется от 4,2-4,6·109 лет.
Не менее интересны данные о составе и возрасте по
род Луны. Их исследование показала, что Луна начала формироваться 4,5·109 лет назад из холодного газопыле
вого облака.
Из этих и многих других данных постепенно сК.IIады
валась научная основа современных космогонических
гипотез, огромную роль в разработке которых сыграли
отечественные ученые и прежде всего О.Ю. Шмидт, В.Г.
Фесенков, А.П. Виноградов. Однако наукой до сих пор
не найдено окончательное решение проблемы происхож-
2 дения Вселенной, Солнечной системы и Земли.
:s;
Cl.
~РОЖДЕНИЕВСЕЛЕННОй, ИЛИДОКАЗАТЕЛЬСТВА НЕВЕРОЯТНОГО
~Современная наука доказывает, что Вселенная обра-
зовалась посредством <<Большого взрыва>>. Идея была вые-
•казана бельгийским ученым Леметром, который пред-
н
полагал, что первоначально все вещество Вселеююй бьшо сосредоточено в ограниченном объеме, равном по раз меру атому. Эrот изначалью.Iй или, как его назвал Ле метр, <<примитивный» атом вбирал в себя всю наблюдае мую ныне материю. Плотность вещества достигала 1093
гjсм3 (плотность атомного ядра- 1015 гjсм3). Примерно
20 млрд. лет назад (по другим данным, 12 млрд. лет на
зад) эта сверхтяжелая точка взорвалась, возник orneн
ный шар <<чистой энергии», который увеличивалея в раз мерах и остьmал. Через сотую долю секунды после взры
ва температура Вселенной составила 100 млрд.ос, а плот
ность вещества в четьiре миллиарда раз превышала плот
ность воды. Возникшие элементарные частицы вещества
тут же превращались в <<энергию>> и через три минуть1 и
46 секунд после <<Большого взрыва>> они уже могли дос
таточно долго удерживаться относительно друг друга,
чтобы синтезировать ядра водорода и гелия. А спустя пол
часа четверть всего водорода превратилась в гелий, пре допределив тем самым химический состав космоса.
Затем образование Вселенной замедлилось. Через 700
тыс. лет непрерывного расширения вещество Вселенной остыло до 4000 ос. Ядра и электроны, объединивiiШсь в
стабильные газы водород и гелий, образовали облака,
которые конденсировались в звезды и галактики. Сейчас
Вселенная, доступная для наблюдений, насчитьmает 100 миллиардов галактик, в каждой из которых около 100 миллиардов звезд. И все они продолжают <<разбегаться>> в
разные стороны от изначально единого центра.
Идея <<Большого взрыва» кажется на первый взгляд
~
м
ш
2
3
о
С\.
с
невероятной и недоказуемой. Однако это только на пер- |
~ |
|
CD |
вый взгляд. Появление идеи стало возможным после со- |
t::i |
здания А. Эйнштейном общей теории относительности |
ш |
3 |
|
(1916 г.), которая предусматривала существование дина- |
ш |
>- |
|
мичной Вселенной. |
с |
Позднее Э. Хаббл, исследуя спектрограммы галактик, 8
обнаружил, что лиюm спектра смещены в напраалении
к красной части спектра. Эrо могло означать, что ИJШ
галактики удаляются от нас, или мы от них. Вскоре было
обнаружено, что с удалением галактик их скорость воз
растает. Самые далекие из них <<убегают» от нас быстрее всех. Так родилась гшютеза о расширяющейся Вселен
ной. Однако доказательство Э. Хаббла оспаривалось не
которыми учеными. Его оппоненты говорили: <<Не га лактики удаляются от нас, а свет устает и стареет. И ста
рея, он краснеет!» Любая дискуссия требует новых фактов и доказа
тельств, и их стали искать в безднах космоса. Так, начи ная с 1965 г., бьию обнаружено, что температура косми ческого пространства выше абсолютного нуля на 2,7 ос.
Оrечественный астроном И.С. Ш:кловский назвал этот
эффект «реликтовым излучением», считая, что оно яв ляется следствием <<Большого взрыва>>. Одним из доказа
тельств существования реликтового излучения, по мне
нию ученых, являются замедленные скорости распрост
ранения электромагниmых волн. В том же 1965 г. аме
риканские физики А. Пензиас и Р. Уилсон доказали су ществование во Вселенной реликтового звука, который
возник в начальный момент образования Вселенной и
сейчас равномерно распределяется в пространстве. За это
открытие в 1978 г. им бьmа присуждена Нобелевская пре
мия.
В 1983 г. американские ученые выступили с заявле-
нием о том, что ими установлено в межгалактическом
CD пространстве гигантское облако водорода, вытянутое на
2 расстояние, равное по размерам Гала.ктике. По их мне s:
55- нию, это также является доказательством <<БольшогСJ
~взрыва>>.
~По мере накопления научных данных эффект разбе-
гания галактик продолжал получать все новые доказа-
8 тельства. Во-первых, астрономы научились более точнс
~6
измерять расстояния до галактик с помощью радиоаст
рономических наблюдений, используя яркость их свети
мости. Уточнили значеНия так называемой «постоянной
Хаббла>>, которая характеризует скорость разлетания га лактик. Во-вторых, появлялись все новые и новые фак ты удаления галактик. Так, например, бьmо выявлено, что Солнечная система и вся наша Галактика (Млечный
Путь) движутся со скоростью 1,6 МJПI. кмjч в направле
нии от созвездия Водолея к созвездию Льва.
Если считать доказанным расlШiрение Вселенной и существование в далеком прошлом <<Большого взрыва~,
то встает вопрос о ее дальнейшей судьбе.
Существуют три точки зрения.
Первая: расширение Вселенной бесконечно во време
ни и пространстве. То ускорение, которое получило кос
мическое вещество при <<Большом взрыве>>, продолжает
все дальше и дальше удалять галактики друг от друга.
Одни исследователи считают скорость расlШiрения Все
ленной постоянной, другие же доказывают, что со вре
менем эта скорость возрастает.
Вторая точка зрения сводится к тому, что в конечном
итоге силы тяготения <<возьмут верх>> над силами расlШI
рения. Галактики перестанут удаляться, а начнут, вра
щаясь, сближаться, поглощая другдруга. Образовавшее-
ся скопление вещества будет настолько плотным, а его
гравитационное поле столь мощным, что даже световые
лучи будут изгибаться вокруг этого скопления и никог
да не выйдут за его пределы в пространство. Вся Вселен
ная превратитсявневидимую <<черную дыру>>.
Третье предположение занимает промежуrочное поло-
жение: Вселенная пульсирует, расlШiряясь, сжимаясь и снова расширяясь. Приближаясь к тому <<МОМенту>>, когда
расlШiрение превращается в рассеивание, Вселенная на-
чинает сжиматься, а на пороге достижения критической
для сжатия плотности она снова расширяется. В настоя-
~
м
ш
~
о
0..
t::
~
Ь
I.U
а
~
•
щее время известный космолог ХоукиiП' из Кембриджс
кого универсиrета считает, что самым удивительным яв
ляется то, что Вселенная, по-видимому, находится сейчас
на водоразделе между сжатием и расnшрением.
Вернемся, однако, к Земле и Солнечной системе, об
разование которых произошло сnустя 15 млрд. лет после
«Большого взрыва».
КОЛЫБЕЛЬ СОЛНЦА И ЗЕМЛИ
Большинство космоговистов считают, что исходным
веществом для образования Солнечной системы послу жило rазопьшевое облако, располаrавшееся в экватори
альной плоскости нашей Галактики. Вещество облака
находилось в холодном дисперсном состоянии и содер
жало в основном летучие компоненты: водород, гелий,
азоr, кислород, пары воды, метан, углерод. Имелся и твер дьiЙ пьшевидный материал микронных размеров: окси дьi кремния, маmия, железа. Первичное планетное ве
щество бьшо довольно однородно по составу и недиффе
реiЩИровано; темnература его, как nредполагают, состав
ляла - 220 ос.
Образование rазопьшевого облака могло произойти за
счет сгущения главным образом атомов водорода. Сейчас
установлено, что нормальная плотность rаза в Галактике в межзве:щном прос1ранстве сосrааляет примерно О,1 атома
водорода в 1 см3, тогда как в подобных rазопьшевых обла ках плотность достигает 1000 атомов водорода в 1 см3•
В системе нашей Галаюик:и: подобных газопьшевых об
СD лаков великое множество. В попереЧЮIКе они составляюr
~обычно несколько световых лет2, размеры же Галактики
§5- |
160 тыс. световых лет, или 50 тьrс. пареекав (15· 1QI 7 км). |
|
~ |
|
|
|
|
|
|
2Свет ~ |
|
|
овои rод - расстояние, которое проходит луч света, идущий со |
|
• |
скоростью около 300 тыс. км/с, за rод. Оно равно 9,46·1012 км; 3,263 |
|
световых года составляют l парсек. |
||
Межзвездные облака обычно испытывают медлеююе
вращение и находятся в состоянии, близком к равнове сию. Движение вещества в облаке напоминает турбулен тное, хаотическое перемещение материи. Если же облако становится достаточно большим и плотным, то оно ока зывается неустойчивым: преобладающей силой в нем ста
новится тя:гоrение, и облако начинает сжиматься. Л. Спит
дер (Принстонский университет, США) показал, что если
масса облака в 10-20 тысяч раз больше солнечной массы
(масса Солнца равна 1,1991·1033 т), а плотность его пре
вышает 20 атомjсм3 , то под действием собственной мас сы оно начинает сжиматься. Нарушение равновесия в
первичном газопьшевом облаке может произойти также
и при поиижении температуры газа, составляющего 99 %
его массы. Столкновение молекул газа с пьшинками при
водит к передаче энергии и охлаждению газа.
Самопроизвольное гравитационное сжатие облака - коллапс приводит к образованию сгущения, включаю
щего до 99 % всей массы первичного облака. Вещество уплотняется до состояния вещества звезд. Одновременно возрастает его внугренняя температура. Тепловое дви
жение атомов становится все быстрее, и при столкнове
нии друг с другом они обнаруживают тенденцию к ели
янию. Возникают термоядерные реакции, общим резуль-
татом которых является превращение водорода в гелий и
выделение огромного количества энергии.
В неистовстве мощных стихий возникло Протосолн
це. Рождение его - вспышка сверхновой звезды - яме
ниенетакое уж редкое. В среднем такая звезда появля
ется в любой Галактике каждые 350 млн. лет. За время
вспышки она излучает гигантскую энергию - порядка
1041 Дж. При этом на небосклоне чрезвычайно ярким светом загорается звезда. Арабские, китайские и японс-
кие летописи рассказывают, например, о поямении в
~
~
~
ш
~
3
о
0..
с
ш
:s
CD
t:J
ш
§
>-
с:
1054 г. в созвездии Тельца такой яркой звезды, которая •
бьша видна даже днем. Теперь на ее месте - крабовид
ная туманность - остатки звезды, разлетающиеся после
взрыва с огромной скоростью. Блеск сверхновой звезды,
появившейся в туманности Андромеды в 1885 г., превы сил блеск всей нашей Галактики и оказался в 4 млрд. раз более интенсивным, чем блеск Солнца. И только огром ное расстояние этой звезды от нас (более 750 тыс. свето вых лет) спасло Землю от неминуемой гибели. 29 августа 1975 г. в созвездии Лебедя, удаленного от нас на 10 тыс.
световых лет, вспыхнула новая звезда. Излучение в оп тическом диапазоне возросло в 25 миллионов раз, в даль нейшем светимость стала уменьшаться каждый месяц на
1%.
Как видим, появление сверхновых звезд - довольно
часто наблюдаемое явление. Вернемся, однако, к рожде нию Солнечной системы.
Вещество, выброшенное при термоядерном взрыве, образовало вокруг Протосолнца широкое, постепенно
уплощавшееся газовое плазменное облако, своеобразную
туманность в виде диска с температурой в несколько
миллионов градусов Цельсия. Из этого протопланетного
облака в дальнейшем возникли планеты, кометы, асте
роиды и другие тела Солнечной системы.
Теперь освобождение термоядерной энергии идет до
статочно быстро, чтобы скомпенсировать потери тепла
на излучение с поверхности Протосолнца. Температура в
его недрах достаточно высока для подцержания давления
газа на таком уровне, чтобы уравновесить гравитацион-
са ные силы, сжимающие Протосолнце. Сжатие прекраща-
2ется, и Солнце становится таким, каким наблюдаем мы
~его и по сей день. После этого оно изменилось очень
~мало, разве что несколько уменьшилось в размерах. По
~последним данным, диаметр нашего светила ежегодно
уменьшается более чем на 13 километров. Правда, как
8 считают астрономы, процесс сжатия чередуется с процес-
40